JP5916006B2 - 液体クロマトグラフィー用カラム及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体クロマトグラフィー用カラム及びその製造方法に関する。

一般的な高速液体クロマトグラフィー用カラムは、空カラム（チューブ）に樹脂粒子を充填して製造される。充填される樹脂粒子は、懸濁重合等で合成後、粒子径が均一になるよう分級操作が必要である。また、樹脂粒子を空カラムに均一に充填するためには、充填圧及び充填時間等の調整が必要である。このため、樹脂粒子の調製工程及び充填工程は、高速液体クロマトグラフィー用カラム製造上の大きな隘路となっている。

これを解決するために、直接空カラム（チューブ）内で樹脂原料（モノマー）を重合し、多孔質の樹脂（モノリス）を形成する方法が知られている（ｉｎ Ｓｉｔｕ重合法）（例えば、非特許文献１参照）。モノリスは、樹脂の材質によって、シリカ系モノリスと有機ポリマー系モノリスとに大別される。有機ポリマー系モノリスは、シリカ系モノリスに比べ、耐アルカリ性に優れる等の特徴がある。

近年、オミックス研究（例えば、非特許文献２参照）の飛躍的な進展に伴い、高理論段数の高速液体クロマトグラフィー用カラムが求められている。そこで、理論段数を上げるため、長い高速液体クロマトグラフィー用カラムが必要とされている。

一般的な高速液体クロマトグラフィー用カラムでは、カラムが長くなるにつれ、空カラムに樹脂粒子を充填することが困難になるため、長い高速液体クロマトグラフィー用カラムを製造することが難しい。これに対して、モノリスカラムは、液相法によって調整するため樹脂粒子を充填する工程が不要であり、長い高速液体クロマトグラフィー用カラムの製造も比較的容易である。

Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．６８，３４９８（１９９６） 梅村知也、小島徳久、植木悠二、「有機ポリマーモノリスを用いる高速・高性能分離分析法の開発」、分析化学、日本分析化学会、２００８年、Ｖｏｌ．５７，Ｎｏ．７，ｐｐ．５１７−５２９

しかしながら、カラムを長くすることにより、カラム使用時に広いスペースが必要となること、カラムが液体クロマトグラフィー装置のオーブン内に収まらないこと等の問題が生じる。また、従来のモノリスカラムでは、湾曲させてコンパクトにすることにより理論段数が低下し、分離性能が低下するという問題があった。このため、カラムの長さには限界があり、例えば市販されているような、既存の高速液体クロマトグラフ装置及びカラムでは、分離することが困難である物質が多数存在している。

そこで、本発明は、湾曲させてコンパクトにした状態でも理論段数の低下が抑制される液体クロマトグラフィー用カラムを提供することを目的とする。本発明はまた、湾曲させてコンパクトにした状態でも理論段数の低下が抑制される液体クロマトグラフィー用カラムの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、チューブと、該チューブの内部に形成された有機ポリマー系モノリスと、を備え、長さが０．１ｍ以上であり、湾曲部を有しており、かつ理論段相当高さが０．３ｍｍ以下である、液体クロマトグラフィー用カラムを提供する。

上記液体クロマトグラフィー用カラムは、更に湾曲させてコンパクトにした状態でも理論段数の低下が抑制される。したがって、カラムを長くしても、コンパクトにまとめることができるため、カラムを液体クロマトグラフィー装置のオーブン内に収めることが可能となる。これにより、高い理論段数を得ることができ、従来は分離することが困難であった物質の分離が可能である。

上記液体クロマトグラフィー用カラムは、湾曲部の曲率半径（Ｒ）が０．５ｃｍ以上であることが好ましく、湾曲部の曲率半径（Ｒ）が６ｃｍ以上であることがより好ましく、湾曲部の曲率半径（Ｒ）が１２ｃｍ以上であることが更に好ましい。上記液体クロマトグラフィー用カラムは、１旋回以上の巻回構造を有するものとすることができる。また、上記有機ポリマー系モノリスは、（メタ）アクリル酸エステル系樹脂モノリスであることが好ましい。

本発明はまた、モノマーの溶液を充填したチューブが湾曲部を有する状態で、モノマーをチューブの内部で重合させて有機ポリマー系モノリスを形成する工程を備える、液体クロマトグラフィー用カラムの製造方法を提供する。上記製造方法によれば、湾曲させてコンパクトにした状態でも理論段数の低下が抑制される液体クロマトグラフィー用カラムを得ることができる。

上記製造方法は、上記有機ポリマー系モノリスを形成する工程において、湾曲部の曲率半径（Ｒ）が１２ｃｍ以上とし、次いで、上記有機ポリマー系モノリスを形成する工程の後に、湾曲部の曲率半径が更に小さくなるように湾曲させる工程を更に備えていてもよい。

上記製造方法では、有機ポリマー系モノリスが、（メタ）アクリル酸エステル系樹脂モノリスであり、モノマーの溶液が、（メタ）アクリル基を１つ有する（メタ）アクリル酸エステルモノマーと、（メタ）アクリル基を２つ以上有する（メタ）アクリル酸エステルモノマーとを。体積比６５：３５〜９５：５で含有し、かつモノマーの溶液に含まれるモノマー量の合計が２０〜５０体積％であることが好ましい。これにより、より一層柔軟性の高い液体クロマトグラフィー用カラムを得ることができる。

上記有機ポリマー系モノリスを形成する工程においては、有機ポリマー系モノリスを形成するときの重合温度が８０℃〜１００℃であることが好ましい。これにより、より低い理論段相当高さを有する液体クロマトグラフィー用カラムを得ることができる。

本発明によれば、高い理論段数を有し、かつ湾曲させてコンパクトにした状態でも理論段数の低下が抑制される高速液体クロマトグラフィー用カラムが提供される。また、本発明によれば、高い理論段数を有し、かつ湾曲させてコンパクトにした状態でも理論段数の低下が抑制される液体クロマトグラフィー用カラムの製造方法を提供することができる。本発明の液体クロマトグラフィー用カラムによれば、既存の高速液体クロマトグラフ装置及びカラムでは、分離することが困難であった物質の分離が可能である。

液体クロマトグラフィー用カラムの一実施形態を示す正面図である。 液体クロマトグラフィー用カラムの一実施形態を示す正面図である。 （Ａ）液体クロマトグラフィー用カラムの一実施形態を示す正面図である。（Ｂ）液体クロマトグラフィー用カラムの一実施形態を示す斜視図である。 従来の液体クロマトグラフィー用カラムを示す正面図である。 実施例１により得られたクロマトグラムである。 実施例４により得られたクロマトグラムである。 実施例５により得られたクロマトグラムである。 実施例７により得られたクロマトグラムである。

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書において、「（メタ）アクリル」とは、メタクリル又はアクリルのことを意味する。

〔液体クロマトグラフィー用カラム〕
本実施形態に係る液体クロマトグラフィー用カラム（有機ポリマー系モノリスカラム）は、チューブと、チューブの内部に形成された有機ポリマー系モノリスと、を備える。

＜チューブ＞
本実施形態に係る液体クロマトグラフィー用カラムに用いられるチューブ（空カラム）として、従来液体クロマトグラフィー用カラムに用いられているカラムを特に制限なく用いることができる。本実施形態に係る液体クロマトグラフィー用カラムは、湾曲させてコンパクトにした状態でも理論段数の低下が抑制されるため、チューブとしては、湾曲させることが可能な材質で形成されていることが好ましい。このようなチューブとしては、例えば、シリコスチールチューブ、スチールチューブ、テフロン（登録商標）チューブ、ポリプロピレンチューブ及びポリエチレンチューブが挙げられる。中でも、チューブとしては、シリコスチールチューブが好ましい。シリコスチールチューブとしては市販品を用いることができ、例えば、シグマアルドリッチジャパン製又はジーエルサイエンス製のシリコスチールチューブを用いることができる。

チューブの直径（内径）は特に限定されるものではないが、チューブの直径（内径）が大きすぎると、熱収縮によりチューブと有機ポリマー系モノリスとの間に隙間ができやすくなり、チューブと有機ポリマー系モノリスとが剥離しやすい傾向にある。また、チューブの直径（内径）が小さすぎると、チューブの強度が不足し、チューブの折れ又は曲がりなどを生じやすい傾向にあるほか、チューブ内部に有機ポリマー系モノリスを形成しても液体クロマトグラフィー用としては樹脂成分が少なすぎ分離が不十分になりやすいという傾向がある。チューブの直径（内径）は、例えば、０．１φｍｍ〜５φｍｍとすることができる。

液体クロマトグラフィー用カラムとして用いる場合、チューブの長さが長い方が高い理論段数が得られやすい。ただし、チューブが長すぎる場合、液体クロマトグラフィー用カラムとしての再現性が低下するおそれがある。チューブの長さは、例えば５ｃｍ〜５００ｃｍとすることができる。チューブの長さは、１０ｃｍ（０．１ｍ）以上であることが好ましい。チューブの長さの上限に特に制限はないが、分析時間が適切になるとの観点から、例えば、１０ｍ以下とすることができる。

＜有機ポリマー系モノリス＞
本実施形態に係る有機ポリマー系モノリスとして、例えば、（メタ）アクリル系樹脂モノリス、スチレン系樹脂モノリス、及びアリル系樹脂モノリスを挙げることができる。中でも、（メタ）アクリル系樹脂モノリスは、重合の容易さ、官能基の修飾のしやすさの点から好ましく用いられる。本実施形態に係る有機ポリマー系モノリスは、例えば、後述する分子内に重合性の炭素−炭素間二重結合（重合性基）を有する重合性単量体（モノマー）の重合反応によって形成することができる。

本実施形態に係る有機ポリマー系モノリスは、架橋により３次元網目状構造を有することが好ましい。また、本実施形態に係る有機ポリマー系モノリスは、アルキル基、水酸基、エポキシ基、アルキルオキシ基、アリールオキシ基、及びアラルキルオキシ基等から選ばれる少なくとも１個の官能基を有していることがより好ましい。例えば、アルキル基を有する場合、アルキル鎖が疎水性であるため、疎水性高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）用カラムとして好適に用いることができる。また、水酸基又はグリシジル基を有する場合、これらの官能基を介してアミノ基、及びスルホン酸基等を導入することができるため、それぞれ、アニオン交換、及びカチオン交換ＨＰＬＣ用カラムとして好適に用いることができる。

＜液体クロマトグラフィー用カラム＞
本実施形態に係る液体クロマトグラフィー用カラムは、比表面積が通常０．５〜１０００ｍ^２／ｇであり、好ましくは１０〜５００ｍ^２／ｇである。また、平均細孔容積が通常０．０１〜２ｃｍ^３／ｇであり、好ましくは０．０５〜１．５ｃｍ^３／ｇである。さらに、平均細孔径が通常５〜５００Åであり、好ましくは１０〜２５０Åである。

本明細書において、比表面積、平均細孔容積及び平均細孔径とは、ＢＪＨ法により求めた値である（装置：ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍｉｎｉ（日本ベル）、参考文献：近藤精一ら（Ｈ１３）「吸着の科学」丸善株式会社 ６４ｐｐ）。

本実施形態に係る液体クロマトグラフィー用カラムは、長さが０．１ｍ以上であって、湾曲部を有しており、０．３ｍｍ以下の理論段相当高さ（ＨＥＴＰ：ｈｅｉｇｈｔ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｏｆ ｏｎｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｐｌａｔｅ）を呈する。

本明細書において、「理論段相当高さ」とは、溶離液として５０％（ｖ／ｖ）アセトニトリル水溶液を用い、流速を０．０５ｍＬ／分とし、１０ｍＭペンチルベンゼンを１．０μＬ注入したときのペンチルベンゼンのピークから求めた理論段相当高さをいう。理論段相当高さは、理論段数をカラムの長さで除した値である。本実施形態に係る液体クロマトグラフィー用カラムは、理論段相当高さが０．０５ｍｍ以下であることがより好ましい。

本実施形態に係る液体クロマトグラフィー用カラムは、湾曲部を有する。湾曲部の曲率半径（Ｒ）は０．５ｃｍ以上であることが好ましく、６ｃｍ以上であることがより好ましく、１２ｃｍ以上であることが更に好ましい。本実施形態に係る液体クロマトグラフィー用カラムは、更に湾曲させてコンパクトにした状態でも理論段数の低下が抑制される（理論段相当高さの上昇が抑制される）ため、湾曲部の曲率半径（Ｒ）は最初から小さくなくてもよい。一方、本実施形態に係る液体クロマトグラフィー用カラムは、例えば、湾曲部において、１旋回以上の巻回構造を形成していてもよい。「巻回構造」とは、１旋回以上渦巻き状に巻回してなる構造であってもよく、１旋回の円又は楕円構造であってもよい。

図４は、従来の液体クロマトグラフィー用カラムを示す正面図である。図４に示す液体クロマトグラフィー用カラム１０は、その両端に液体クロマトグラフィー装置に接続するための接続部１５，１６を備えており、両接続部間の長さＬは通常１０ｃｍ程度である（図４）。

図１〜３は、本発明の一実施形態に係る液体クロマトグラフィー用カラムを示す図である。図１に示す液体クロマトグラフィー用カラム２０は、湾曲部２１，２２を有する（図１）。図２に示す液体クロマトグラフィー用カラム３０は、湾曲部３１において１旋回の円構造を形成している（図２）。図３に示す液体クロマトグラフィー用カラム４０は、湾曲部４１において１旋回以上の巻回構造を形成している（図３（Ａ）及び（Ｂ））。液体クロマトグラフィー用カラム４０は、その両端に液体クロマトグラフィー装置に接続するための接続部４５，４６を備えており、両接続部間の長さＬは１０ｃｍ程度とすることもできる。すなわち、液体クロマトグラフィー用カラム４０は、従来の液体クロマトグラフィー用カラム１０と同程度のスペースでより長いカラム長を有することができ、より高い理論段数を得ることができる。

本実施形態に係る液体クロマトグラフィー用カラムは、特に高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）用カラムとして有用である。

〔液体クロマトグラフィー用カラムの製造方法〕
本実施形態に係る液体クロマトグラフィー用カラムは、例えば、有機ポリマー系モノリスの原料となる重合性単量体（モノマー）の溶液をチューブに充填し、チューブが湾曲部を有する状態で、モノマーを重合させて有機ポリマー系モノリスを形成する工程を備える製造方法により製造することができる。また、必要に応じて、有機ポリマー系モノリスを形成した後に、チューブを更に湾曲させる工程を備えていてもよい。

以下、上記の実施形態に係る製造方法について詳細に説明するが、本発明の液体クロマトグラフィー用カラムの製造方法はこの製造方法に限定されるものではない。

本実施形態において、有機ポリマー系モノリスは、分子内に少なくとも１つの重合性の炭素−炭素間二重結合（重合性基）を有する重合性単量体（モノマー）を重合反応させることによって形成することができる。このような重合反応の例として、例えば、上記重合性基を有する非架橋性モノマー同士の上記重合性基間の重合反応、上記重合性基を有する非架橋性モノマーと、上記重合性基を有する架橋性モノマーとの上記重合性基間の共重合反応、及び上記重合性基を有する架橋性モノマー同士の上記重合性基間の重合反応が挙げられる。

本実施形態において、非架橋性モノマーは、１分子中に１個の重合性の炭素−炭素間二重結合（重合性基）を有するモノマーである。非架橋性モノマーとして、具体的には、例えば、アクリル系、メタクリル系、スチレン系、及びアリル系の非架橋性モノマーが挙げられる。得られる有機ポリマー系モノリスの柔軟性を上げるには、アクリル系及びメタクリル系の非架橋性モノマーが好ましい。

非架橋性モノマーとして、アルキル基、水酸基、エポキシ基、アルキルオキシ基、アリールオキシ基、及びアラルキルオキシ基等から選ばれる少なくとも１個の官能基を有する非架橋性モノマーを挙げることもできる。

アルキル基を有する非架橋性モノマーとしては、例えば、アルキル基を有するアクリル酸、及びメタクリル酸の誘導体が挙げられる。これらの具体例としては、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ペンチル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸ヘプチル、アクリル酸オクチル、アクリル酸ノニル、アクリル酸デシル、アクリル酸ウンデシル、アクリル酸ドデシル等、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ペンチル、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸ヘプチル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸ノニル、メタクリル酸デシル、メタクリル酸ウンデシル、メタクリル酸ドデシル、及びメタクリル酸ラウリルが挙げられる。

水酸基を有する非架橋性モノマーとしては、例えば、水酸基を有するアクリル酸、及びメタクリル酸の誘導体が挙げられる。これらの具体例としては、例えば、アクリル酸ヒドロキシエチル、アクリル酸ヒドロキシプロピル、アクリル酸ヒドロキシブチル、アクリル酸２−ヒドロキシ−３−フエニルオキシプロピル、２−ヒドロキシエチルアクリレート、４−ヒドロキシブチルアクリレート、ネオペンチルグリコールモノアクリレート等や、メタクリル酸ヒドロキシエチル、メタクリル酸ヒドロキシプロピル、メタクリル酸ヒドロキシブチル、メタクリル酸２−ヒドロキシ−３−フエニルオキシプロピル、２−ヒドロキシエチルメタアクリレート、４−ヒドロキシブチルメタアクリレート、及びネオペンチルグリコールモノメタアクリレートが挙げられる。

エポキシ基を有する非架橋性モノマーとしては、例えば、エポキシ基を有するアクリル酸、メタクリル酸の誘導体、及びエポキシ基を有するスチレンの誘導体が挙げられる。これらの具体例としては、例えば、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル、グリシジルクロネート、グリシジルイタコネート、グリシジルフマレート、グリシジルマレート、及びビニルベンジルグリシジルエステルが挙げられる。

アルキルオキシ基を有する非架橋性モノマーとしては、例えば、アルキルオキシ基を有するアクリル酸、及びメタクリル酸の誘導体が挙げられる。これらの具体例としては、例えば、アクリル酸メトキシエチル、アクリル酸エトキシエチル、アクリル酸プロポキシエチル、アクリル酸ブトキシエチル、アクリル酸メトキシジエチレングリコール、アクリル酸エトキシジエチレングリコール、アクリル酸メトキシエチレングリコール、アクリル酸ブトキシトリエチレングリコール、アクリル酸メトキシジプロピレングリコール等や、メタクリル酸メトキシエチル、メタクリル酸エトキシエチル、メタクリル酸プロポキシエチル、メタクリル酸ブトキシエチル、メタクリル酸メトキシジエチレングリコール、メタクリル酸エトキシジエチレングリコール、メタクリル酸メトキシエチレングリコール、メタクリル酸ブトキシトリエチレングリコール、及びメタクリル酸メトキシジプロピレングリコールが挙げられる。

アリールオキシ基又はアラルキルオキシ基を有する非架橋性モノマーとしては、例えば、アリールオキシ基又はアラルキルオキシ基を有するアクリル酸、及びメタクリル酸の誘導体が挙げられる。これらの具体例としては、例えば、アクリル酸フェノキシエチル、アクリル酸フェノキシジエチレングリコール、アクリル酸フェノキシテトラエチレングリコール等や、メタクリル酸フェノキシエチル、メタクリル酸フェノキシジエチレングリコール、及びメタクリル酸フェノキシテトラエチレングリコールが挙げられる。

さらに、その他の官能基を有する非架橋性モノマーとして、例えば、アクリル酸ベンジル、メタクリル酸ベンジル、アクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸テトラヒドロフルフリル、メタクリル酸テトラヒドロフルフリル、アクリル酸ジシクロペンテニル、メタクリル酸ジシクロペンテニル、アクリル酸ジシクロペンテニルオキシエチル、メタクリル酸ジシクロペンテニルオキシエチル、アクリル酸−Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、及びメタクリル酸−Ｎ−ビニル−２−ピロリドンが挙げられる。

非架橋性モノマーは、１種を単独で用いてもよく、又は２種以上を混合して用いてもよい。なお、非架橋性モノマーは、上述した具体例に限定されるものではない。

本実施形態における架橋性モノマーは、１分子中に２個以上の重合性の炭素−炭素間二重結合（重合性基）を有するモノマーである。１分子中に２個の重合性基を有するモノマーとしては、例えば、ジビニルベンゼン、及び、グリコールとメタクリル酸又はアクリル酸とのジエステルが挙げられる。グリコールとメタクリル酸又はアクリル酸とのジエステルとしては、例えば、エチレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジメタクリレート、プロピレングリコールジアクリレート、１，３−ブチレングリコールジメタクリレ−ト、１，３−ブチレングリコールジアクリレ−ト、１，４−ブタンジオールジメタクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレート、１，５−ペンタンジオールジメタクリレート、１，５−ペンタンジオールジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジメタクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジメタクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパンジメタクリレート、トリメチロールプロパンジアクリレート、テトラメチロールメタンジメタクリレート、テトラメチロールメタンジアクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、及びポリプロピレングリコールジアクリレートが挙げられる。

１分子中に３個以上の重合性基を有するモノマーとしては、例えば、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールエタントリメタクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、テトラメチロールメタントリメタクリレート、テトラメチロールメタントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、及びペンタエリスリトールテトラアクリレートが挙げられる。

架橋性モノマーは、１種を単独で用いてもよく、又は２種以上を混合して用いてもよい。なお、架橋性モノマーは、上述した具体例に限定されるものではない。

本実施形態に係る有機ポリマー系モノリスは、上記架橋性モノマー及び上記非架橋性モノマーの少なくとも一方を含有する組成物（モノマーの溶液）をチューブに充填し、チューブが湾曲部を有する状態で、モノマーを重合させることにより得ることができる。組成物（モノマーの溶液）は、上記架橋性モノマー及び非架橋性モノマーの両方を含有していてもよく、又は上記架橋性モノマーのみを含有していてもよく、若しくは上記非架橋性モノマーのみを含有していてもよい。

すなわち、本実施形態に係る有機ポリマー系モノリスは、上記非架橋性モノマーを、上記架橋性モノマーと共重合させることにより得ることができる。また、本実施形態に係る有機ポリマー系モノリスは、上記架橋性モノマー同士を重合させること、又は上記非架橋性モノマー同士を重合させることにより得ることもできる。中でも、有機溶剤に対する耐性に優れるため、非架橋性モノマーと架橋性モノマーとを併用して共重合により有機ポリマー系モノリスを得ることが好ましい。

組成物（モノマーの溶液）における、非架橋性モノマーと架橋性モノマーとの配合割合は、モノマー総量に対し、非架橋性モノマーが６５〜９５体積％、かつ架橋性モノマーが５〜３５体積％であることが好ましい（体積比６５：３５〜９５：５）。さらに、柔軟性と機械的強度を両立するには、非架橋性モノマーが８５〜９５体積％、かつ架橋性モノマーが５〜１５体積％であることが好ましい（体積比８５：１５〜９５：５）。架橋性モノマーの割合が５体積％以上であると、得られる有機ポリマー系モノリスの機械的強度がより優れたものとなるため、繰り返し使用した場合における耐久性に優れ、検知及び分析の安定性がより一層優れたものとなる。また、架橋性モノマーの割合が３５体積％以下であると、より柔軟性のある有機ポリマー系モノリスが得られやすくなるため、カラムを湾曲させた場合でも分離性能を維持し易くなる。

有機ポリマー系モノリスを形成する際の重合反応には、重合開始剤を用いてもよく、組成物（モノマーの溶液）には、重合開始剤が更に含まれていてもよい。重合開始剤としては、過酸化物系ラジカル重合開始剤、及びアゾ系ラジカル重合開始剤が好ましく、具体的には、例えば、過酸化ベンゾイル、過安息香酸２−エチルヘキシル、過酸化アセチル、過酸化イソブチリル、過酸化オクタノイル、過酸化ラウロイル、過酸化ジｔｅｒｔ−ブチル、クメンヒドロペルオキシド、メチルエチルケトンペルオキシド、４，４，６−トリメチルシクロヘキサノンジｔｅｒｔ−ブチルペルオキシケタール、シクロヘキサノンペルオキシド、メチルシクロヘキサノンペルオキシド、アセチルアセトンペルオキシド、シクロヘキサノンジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシケタール、アセトンジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシケタール、及びジイソプロピルヒドロペルオキシド等の過酸化物系ラジカル重合開始剤、並びに、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）、（１−フェニルエチル）アゾジフェニルメタン、２，２’−アゾビス（４−メトキシー２，４−ジメチルバレロニトリル）、ジメチル−２，２’−アゾビスイソブチレート、２，２’−アゾビス（２−メチルブチロニトリル）、１，１’−アゾビス（１−シクロヘキサンカーボニトリル）、２−（カーバモイルアゾ）イソブチロニトリル、２，２’−アゾビス（２，４，４−トリメチルペンタン）、２−フェニルアゾー２，４−ジメチル−４−メトキシバレロニトリル、及び２，２’−アゾビス（２−メチルプロパン）等のアゾ系ラジカル重合開始剤が挙げられる。

重合開始剤は、１種を単独で用いてもよく、又は２種以上を混合して用いてもよい。なお、重合開始剤は、上述した具体例に限定されるものではない。

重合開始剤を用いる場合、重合開始剤の配合量は、モノマーの総量１００質量部に対して、０．０５〜１０質量部であることが好ましい。配合量が０．０５質量部未満の場合、重合時間が長くなり、また未反応のモノマーが有機ポリマー系モノリス中に残存する傾向がある。一方、配合量が１０質量部を超える場合、重合開始剤が無駄であるばかりでなく、重合中の発熱制御が困難な傾向があり、分子鎖長が不十分等の問題が発生しやすくなる傾向がある。

組成物（モノマーの溶液）は、有機ポリマー系モノリスの多孔性を維持するための細孔調節剤として、種々の溶媒を更に含有していてもよい。この溶媒としては、モノマーは溶解するが、得られる重合体（有機ポリマー系モノリス）は溶解しないものが好ましく、具体的には、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、ヘプタノール、イソアミルアルコール、プロパノール、１，４−ブタンジオール、酢酸エチル、酢酸ブチル、フタル酸ジメチル、及びフタル酸ジエチル等の脂肪族又は芳香族エステル、酢酸エチレングリコールモノエチルエーテル、ヘキサン、オクタン、並びにデカン等、公知の溶媒が使用できる。これらの溶媒は得られる有機ポリマー系モノリスの原料となるモノマーの種類によって適宜使い分けられ、１種単独で用いてもよいし、又は２種以上を併用してもよい。

これらの溶媒の配合割合は、得られる有機ポリマー系モノリスカラムの分離性能が向上するとの観点から、モノマーと溶媒との合計量に対して５０〜８０体積％であることが好ましい。この場合、モノマー（架橋性モノマー及び非架橋性モノマー）の配合割合は、モノマーと溶媒との合計量に対して、２０〜５０体積％である。溶媒の配合割合が８０体積％を超えると、すなわち、モノマーの配合割合が２０体積％より少ないと、モノマーの割合が少な過ぎて、有機ポリマー系モノリスが得られない場合がある。溶媒の配合割合が５０体積％未満、すなわち、モノマーの配合割合が５０体積％を超えると、モノマーの割合が多くなり過ぎて、得られる有機ポリマー系モノリスカラムの背圧が高くなり流体透過性が低下する傾向がある。

本実施形態に係る有機ポリマー系モノリスは上記のモノマー（架橋性モノマー及び非架橋性モノマー）、並びに、必要に応じて重合開始剤及び細孔調節剤を含む組成物（モノマーの溶液）を、湾曲したチューブ（例えば、シリコスチールチューブ）内で重合することにより形成することができる。

有機ポリマー系モノリスを形成する際、重合温度は８０℃〜１００℃が好ましい。重合温度が８０℃より低いと、理論段相当高さが高くなる傾向があり、１００℃より高いと、チューブ内の発熱が激しくなり、合成作業が困難となる場合がある。重合時間は３〜２４時間が好ましい。

有機ポリマー系モノリスを形成する際、チューブの湾曲部の曲率半径（Ｒ）は、１２ｃｍ以上であることが好ましい。曲率半径が１２ｃｍ未満の場合、カラム管に溶液を十分に満たすことができず空隙が生じる場合があり、得られるモノリスカラムの理論段相当高さが高くなる傾向にある。

湾曲部の曲率半径が１２ｃｍ未満の有機ポリマー系モノリスカラムを作製する場合は、有機ポリマー系モノリスを形成する工程の後、更にカラムを湾曲させることで、理論段相当高さの低い有機ポリマー系モノリスカラムを製造することができる。有機ポリマー系モノリスを形成する工程の後に更にカラムを湾曲させる場合、湾曲後の湾曲部の曲率半径（Ｒ）は、０．５〜１２ｃｍであることが好ましく、理論段相当高さが更に低い有機ポリマー系モノリスカラムを得るには、湾曲部の曲率半径（Ｒ）は、６ｃｍ〜１２ｃｍであることが好ましい。本法に従えば、再現性よく、湾曲した有機ポリマー系モノリスカラムを製造することができる。

本実施形態に係る製造方法において、上述のアルキル基を有する非架橋性モノマーを用いた有機ポリマー系モノリスカラムは、アルキル鎖が疎水性であるため、疎水性高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）用カラムとして好適である。

また、本実施形態に係る製造方法において、水酸基又はグリシジル基を有する非架橋性モノマーを用いた有機ポリマー系モノリスカラムは、アミノ基、及びスルホン酸基等の導入が容易であり、これらの基を導入した有機ポリマー系モノリスカラムは、それぞれ、アニオン交換、及びカチオン交換ＨＰＬＣ用カラムとして好適である。

本発明の液体クロマトグラフィー用カラムによれば、既存のＨＰＬＣ装置を用いて、従来分離が困難であった物質（例えば、ベンゼン同位体）を精度良く分離することができる。また、高分解能であるＨＰＬＣ装置のさらなる小型化を達成することができる。

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

〔実施例１〕
＜モノリスカラムの作製＞
メタクリル酸ラウリル３６．０ｍＬ、エチレングリコールジメタクリレート４．０ｍＬ、１−プロパノール３８．２ｍＬ、１，４−ブタンジオール２１．８ｍＬ、及びアゾビスイソブチロトリル０．４ｇをフラスコ中で混合し、フラスコを超音波洗浄器中に入れ超音波処理してアゾビスイソブチロニトリルを溶解させた。内径１ｍｍ、長さ１ｍのシリコスチールチューブ（ジーエルサイエンス製）に上記の混合モノマー溶液を注射器で注入し、両末端を漏れないように栓をした。チューブを曲率半径（Ｒ）が３５ｃｍとなるように湾曲させて、オーブンで９０℃、２４時間加温した。

＜評価＞
下記の条件で高速液体クロマトグラフィー（Ｌ２０００、株式会社日立ハイテクノロジーズ製）を用い測定を行った。
溶離液：水／アセトニトリル５０：５０（体積比）
流速：０．０５ｍＬ／分
オーブン温度：２８℃
測定波長：２１４ｎｍ（セミミクロ用セル）
サンプル：ウラシル（１ｍＭ）
メチルベンゼン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、ブチルベンゼン、ペンチルベンゼン（各１０ｍＭ）
サンプル注入量：１．０μＬ

ＨＰＬＣによる評価結果を図５に示す。図５に示すように、実施例１のモノリスカラムは、６成分のトップピークを分離することができた（図５）。図５の１で示すピークはウラシル、２で示すピークはメチルベンゼン、３で示すピークはエチルベンゼン、４で示すピークはプロピルベンゼン、５で示すピークはブチルベンゼン、６で示すピークはペンチルベンゼンであった。また、ペンチルベンゼンの理論段相当高さは０．０２６ｍｍであった（表１）。

〔実施例２〕
＜モノリスカラムの作製＞
メタクリル酸ラウリル３６．０ｍＬ、エチレングリコールジメタクリレート４．０ｍＬ、１−プロパノール３８．２ｍＬ、１，４−ブタンジオール２１．８ｍＬ、及びアゾビスイソブチロトリル０．４ｇをフラスコ中で混合し、フラスコを超音波洗浄器中に入れ超音波処理してアゾビスイソブチロニトリルを溶解させた。内径１ｍｍ、長さ１ｍのシリコスチールチューブ（ジーエルサイエンス製）に上記の混合モノマー溶液を注射器で注入し、両末端を漏れないように栓をした。チューブを曲率半径（Ｒ）が１２ｃｍとなるように湾曲させて、オーブンで９０℃、２４時間加温した。

モノリスカラムの評価は、実施例１と同様にして行った。ＨＰＬＣによる評価の結果、実施例２のモノリスカラムは、６成分のトップピークを分離することができた。また、ペンチルベンゼンの理論段相当高さは０．０２６ｍｍであった（表１）。

〔実施例３〕
＜モノリスカラムの作製＞
メタクリル酸ラウリル３６．０ｍＬ、エチレングリコールジメタクリレート４．０ｍＬ、１−プロパノール３８．２ｍＬ、１，４−ブタンジオール２１．８ｍＬ、及びアゾビスイソブチロトリル０．４ｇをフラスコ中で混合し、フラスコを超音波洗浄器中に入れ超音波処理してアゾビスイソブチロニトリルを溶解させた。内径１ｍｍ、長さ１ｍのシリコスチールチューブ（ジーエルサイエンス製）に上記の混合モノマー溶液を注射器で注入し、両末端を漏れないように栓をした。チューブを曲率半径（Ｒ）が７ｃｍとなるように湾曲させて、オーブンで９０℃、２４時間加温した。

モノリスカラムの評価は、実施例１と同様にして行った。ＨＰＬＣによる評価の結果、実施例３のモノリスカラムは、６成分のトップピークを分離することができた。また、ペンチルベンゼンの理論段相当高さは０．０４５ｍｍであった（表１）。

〔実施例４〕
＜モノリスカラムの作製＞
メタクリル酸ラウリル３６．０ｍＬ、エチレングリコールジメタクリレート４．０ｍＬ、１−プロパノール３８．２ｍＬ、１，４−ブタンジオール２１．８ｍＬ、及びアゾビスイソブチロトリル０．４ｇをフラスコ中で混合し、フラスコを超音波洗浄器中に入れ超音波処理してアゾビスイソブチロニトリルを溶解させた。内径１ｍｍ、長さ１ｍのシリコスチールチューブ（ジーエルサイエンス製）に上記の混合モノマー溶液を注射器で注入し、両末端を漏れないように栓をした。チューブを曲率半径（Ｒ）が１．２ｃｍとなるように湾曲させて、オーブンで９０℃、２４時間加温した。

モノリスカラムの評価は実施例１と同様にして行った。ＨＰＬＣによる評価結果を図６に示す。実施例４のモノリスカラムは、６成分のトップピークを分離することができた（図６）。図６の１で示すピークはウラシル、２で示すピークはメチルベンゼン、３で示すピークはエチルベンゼン、４で示すピークはプロピルベンゼン、５で示すピークはブチルベンゼン、６で示すピークはペンチルベンゼンであった。また、ペンチルベンゼンの理論段相当高さは０．２９０ｍｍであった（表１）。

〔実施例５〕
実施例１のモノリスカラムを更に湾曲させ、曲率半径（Ｒ）を７ｃｍとした。

モノリスカラムの評価は、実施例１と同様にして行った。ＨＰＬＣによる評価結果を図７に示す。実施例５のモノリスカラムは、６成分のトップピークを分離することができた（図７）。図７の１で示すピークはウラシル、２で示すピークはメチルベンゼン、３で示すピークはエチルベンゼン、４で示すピークはプロピルベンゼン、５で示すピークはブチルベンゼン、６で示すピークはペンチルベンゼンであった。また、ペンチルベンゼンの理論段相当高さは０．０２６ｍｍであった（表１）。

〔実施例６〕
＜モノリスカラムの作製＞
メタクリル酸ラウリル３２．０ｍＬ、エチレングリコールジメタクリレート８．０ｍＬ、１−プロパノール３８．２ｍＬ、１，４−ブタンジオール２１．８ｍＬ、及びアゾビスイソブチロトリル０．４ｇをフラスコ中で混合し、フラスコを超音波洗浄器中に入れ超音波処理してアゾビスイソブチロニトリルを溶解させた。内径１ｍｍ、長さ１ｍのシリコスチールチューブ（ジーエルサイエンス製）に上記の混合モノマー溶液を注射器で注入し、両末端を漏れないように栓をした。チューブを曲率半径（Ｒ）が３５ｃｍとなるように湾曲させて、オーブンで９０℃、２４時間加温した。得られたモノリスカラムを曲率半径（Ｒ）が７ｃｍとなるように更に湾曲させた。

モノリスカラムの評価は、実施例１と同様にして行った。ＨＰＬＣによる評価の結果、実施例６のモノリスカラムは、６成分のトップピークを分離することができた。また、ペンチルベンゼンの理論段相当高さは０．０５０ｍｍであった（表１）。

〔実施例７〕
＜モノリスカラムの作製＞
メタクリル酸ラウリル１０８．０ｍＬ、エチレングリコールジメタクリレート１２．０ｍＬ、１−プロパノール１１４．６ｍＬ、１，４−ブタンジオール６５．４ｍＬ、及びアゾビスイソブチロトリル１．２ｇをフラスコ中で混合し、フラスコを超音波洗浄器中に入れ超音波処理してアゾビスイソブチロニトリルを溶解させた。内径１ｍｍ、長さ３ｍのシリコスチールチューブ（ジーエルサイエンス製）に上記の混合モノマー溶液を注射器で注入し、両末端を漏れないように栓をした。チューブを曲率半径（Ｒ）が３５ｃｍとなるように湾曲させて、オーブンで９０℃、２４時間加温した。得られたモノリスカラムを曲率半径（Ｒ）が７ｃｍとなるように更に湾曲させた。

モノリスカラムの評価は、オーブン温度を８０℃としたこと以外は実施例１と同様にして行った。ＨＰＬＣによる評価結果を図８に示す。実施例７のモノリスカラムは、６成分のトップピークを分離することができた（図８）。図８の１で示すピークはウラシル、２で示すピークはメチルベンゼン、３で示すピークはエチルベンゼン、４で示すピークはプロピルベンゼン、５で示すピークはブチルベンゼン、６で示すピークはペンチルベンゼンであった。また、ペンチルベンゼンの理論段相当高さは０．０２０ｍｍであった（表１）。

〔比較例１〕
＜モノリスカラムの作製＞
メタクリル酸ラウリル２４．０ｍＬ、エチレングリコールジメタクリレート１６．０ｍＬ、１−プロパノール３８．２ｍＬ、１，４−ブタンジオール２１．８ｍＬ、及びアゾビスイソブチロトリル０．４ｇをフラスコ中で混合し、フラスコを超音波洗浄器中に入れ超音波処理してアゾビスイソブチロニトリルを溶解させた。内径１ｍｍ、長さ１ｍのシリコスチールチューブ（シグマアルドリッチジャパン製）に上記の混合モノマー溶液を注射器で注入し、両末端を漏れないように栓をした。チューブを曲率半径（Ｒ）が３５ｃｍとなるように湾曲させて、オーブンで９０℃、２４時間加温した。

モノリスカラムの評価は、実施例１と同様にして行った。ＨＰＬＣによる評価の結果、比較例１のモノリスカラムは、６成分のトップピークを分離することはできたものの、ペンチルベンゼンの理論段相当高さは０．４００ｍｍであった（表１）。

〔比較例２〕
＜モノリスカラムの作製＞
メタクリル酸ラウリル３６．０ｍＬ、エチレングリコールジメタクリレート４．０ｍＬ、１−プロパノール３８．２ｍＬ、１，４−ブタンジオール２１．８ｍＬ、及びアゾビスイソブチロトリル０．４ｇをフラスコ中で混合し、フラスコを超音波洗浄器中に入れ超音波処理してアゾビスイソブチロニトリルを溶解させた。内径１ｍｍ、長さ１ｍのシリコスチールチューブ（ジーエルサイエンス製）に上記の混合モノマー溶液を注射器で注入し、両末端を漏れないように栓をした。チューブを曲率半径（Ｒ）が３５ｃｍとなるように湾曲させて、オーブンで６０℃、２４時間加温した。

モノリスカラムの評価は、実施例１と同様にして行った。ＨＰＬＣによる評価の結果、比較例２のモノリスカラムは、６成分のトップピークを分離することはできたものの、ペンチルベンゼンの理論段相当高さは０．５００ｍｍであった（表１）。

〔比較例３〕
比較例１のモノリスカラムを更に湾曲させ、曲率半径（Ｒ）を７ｃｍとした。

モノリスカラムの評価は、実施例１と同様にして行った。ＨＰＬＣによる評価の結果、比較例３のモノリスカラムは、６成分のトップピークを分離することはできたものの、ペンチルベンゼンの理論段相当高さは０．６２０ｍｍであった（表１）。

表１に示した評価結果から明らかなように、本発明のモノリスカラムでは、作製後に曲率半径を１／５程度になるように更に湾曲させた場合であっても、理論段相当高さ及び分離状態は変わらず、分離性能が維持された（実施例１及び５の比較）が、比較例のモノリスカラムでは理論段相当高さが高くなり、分離性能が低下した（比較例１及び３の比較）。

〔分離性能の評価：ベンゼン同位体の分離〕
ベンゼンＤ６（ベンゼンの水素原子６個を重水素原子と置換したもの）１０ｍＬとベンゼン１０ｍＬとの混合物をサンプルとし、高速液体クロマトグラフィー（Ｌ２０００、株式会社日立ハイテクノロジーズ製）を用いて、サンプル注入量１．０μＬ、溶離液５０％（ｖ／ｖ）アセトニトリル水溶液、流速０．０５ｍＬ／分、オーブン温度２７℃の条件で、ベンゼン同位体の分離性能を評価した。

その結果、実施例１〜７のモノリスカラムはいずれもベンゼンとベンゼンＤ６とを分離することができた。一方、比較例１〜３のモノリスカラムはいずれもベンゼンとベンゼンＤ６とを分離することができなかった。

また、製造後半年が経過した実施例１のモノリスカラムを更に湾曲させて曲率半径をそれぞれ１２ｃｍ、７ｃｍとしたモノリスカラムの分離性能を評価したところ、分離性能に低下は見られず、いずれもベンゼンとベンゼンＤ６とを分離することができた。

さらに、実施例７のモノリスカラムについて、ベンゼン、ベンゼンＤ３（ベンゼンの水素原子３個を重水素原子と置換したもの）、及びベンゼンＤ６をそれぞれ１０ｍＬずつ含む混合物をサンプルとし、高速液体クロマトグラフィー（Ｌ２０００、株式会社日立ハイテクノロジーズ製）を用いて、サンプル注入量１．０μＬ、溶離液５０％（ｖ／ｖ）アセトニトリル水溶液、流速０．０５ｍＬ／分、オーブン温度２７℃の条件で、ベンゼン同位体の分離性能を評価した。その結果、実施例７のモノリスカラムは、この３成分を分離することができた。

１０，２０，３０，４０…液体クロマトグラフィー用カラム、１５，１６，４５，４６…接続部、２１，２２，３１，４１…湾曲部。

Claims (10)

1. チューブと、該チューブの内部に形成された有機ポリマー系モノリスと、を備え、
   前記有機ポリマー系モノリスは、非架橋性モノマーと架橋性モノマーとを共重合させたものであり、前記非架橋性モノマーは、１分子中に１個の重合性の炭素−炭素間二重結合を有するモノマーであり、前記架橋性モノマーは、１分子中に２個以上の重合性の炭素−炭素間二重結合を有するモノマーであり、
   長さが０．１ｍ以上であり、湾曲部を有しており、かつ理論段相当高さが０．３ｍｍ以下である、液体クロマトグラフィー用カラム。
2. 前記理論段相当高さが、０．０５ｍｍ以下である、請求項１に記載の液体クロマトグラフィー用カラム。
3. 前記湾曲部の曲率半径（Ｒ）が０．５ｃｍ以上である、請求項１又は２に記載の液体クロマトグラフィー用カラム。
4. 前記湾曲部の曲率半径（Ｒ）が６ｃｍ以上である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体クロマトグラフィー用カラム。
5. 前記湾曲部の曲率半径（Ｒ）が１２ｃｍ以上である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体クロマトグラフィー用カラム。
6. １旋回以上の巻回構造を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体クロマトグラフィー用カラム。
7. 前記非架橋性モノマーが（メタ）アクリル基を１つ有する（メタ）アクリル酸エステルモノマーであり、
   前記架橋性モノマーが（メタ）アクリル基を２つ以上有する（メタ）アクリル酸エステルモノマーである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の液体クロマトグラフィー用カラム。
8. モノマーの溶液を充填したチューブが湾曲部を有する状態で、前記モノマーを前記チューブの内部で重合させて有機ポリマー系モノリスを形成する工程を備え、
   前記有機ポリマー系モノリスを形成する工程において、前記湾曲部の曲率半径（Ｒ）を１２ｃｍ以上とし、
   前記有機ポリマー系モノリスを形成する工程の後に、該湾曲部の曲率半径（Ｒ）が更に小さくなるように湾曲させる工程を更に備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の液体クロマトグラフィー用カラムを製造する製造方法。
9. 前記有機ポリマー系モノリスが、（メタ）アクリル酸エステル系樹脂モノリスであり、
   前記モノマーの溶液が、（メタ）アクリル基を１つ有する（メタ）アクリル酸エステルモノマーと、（メタ）アクリル基を２つ以上有する（メタ）アクリル酸エステルモノマーとを、体積比６５：３５〜９５：５で含有し、かつ前記モノマーの溶液に含まれるモノマー量の合計が２０〜５０体積％である、請求項８に記載の製造方法。
10. 前記有機ポリマー系モノリスを形成するときの重合温度が８０℃〜１００℃である、請求項８又は９に記載の製造方法。

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